我们的眼睛其实一直在“跳动”。每一秒钟，它都会进行多次快速移动，这种运动被称为扫视。从物理角度看，这种不断变化的视线本应让我们看到的世界像手持摄像机拍摄的画面一样晃动不止。但真实体验却完全不同——无论我们如何转动眼睛，周围环境看起来始终是稳定的。
一项新的研究试图解释这种看似矛盾的现象。研究人员借助一种日常却容易被忽视的视觉体验——残像，也就是人在看过强光之后眼前留下的“幽灵影像”，来探索大脑是如何维持视觉稳定的。在完全黑暗的环境中，通过追踪这些残像的位置变化，他们发现，大脑并不是被动等待视觉反馈，而是会提前根据自身的运动信号进行预测。
研究显示，这种预测机制的准确度非常高。大脑对眼球移动距离的内部估计，平均可以达到真实运动的94%。不过，这种预测并非完美，总是存在大约6%的“偏差”，也就是略微低估了实际移动距离。这种稳定存在的误差，被认为反映了视觉系统内部运作的某种基本特征。
为了理解这一机制，研究人员设计了一种特殊实验。在完全黑暗中，参与者首先注视一个短暂的强光，从而在视网膜上形成残像。随后，他们将视线迅速转向另一个闪现的光点。当残像重新显现后，研究人员会在不同位置短暂点亮一个探测光，让参与者判断残像相对于该光点的位置，是偏左、偏右还是正好对齐。
与此同时，实验还通过眼动追踪技术记录参与者眼睛的真实运动轨迹。通过对比主观感知与实际运动之间的关系，研究人员得以评估大脑预测的准确程度。
结果发现，残像似乎会“跟随”眼睛移动。眼睛移动得越远，残像在空间中看起来移动的距离也越大。但这种跟随并不是完全一致的，整体上始终略小于真实的眼动幅度，大约为94%。这种差异在不同个体之间存在，并且在不同方向和不同幅度的眼动中都表现出一致性，说明这并不是随机误差，而是一种系统性的偏差。
更有意思的是，这种感知并不依赖外界视觉反馈。研究人员曾在实验中刻意改变眼睛落点后的视觉信息，比如让目标光短暂停留，或者人为调整其位置，制造“误导性”反馈。但这些变化并没有影响参与者对残像位置的判断。
这表明，大脑在判断视觉位置时，并不会等待新的视觉信息来修正，而是依赖一种被称为“传出复制”的内部信号。简单来说，当大脑发出让眼睛移动的指令时，会同时保留一份“副本”，用于预测这次运动将如何改变视觉输入。这种机制让我们可以在视觉信息更新之前，就提前“知道”世界应该如何变化，从而保持稳定感。
进一步的实验还显示，当眼球运动本身发生改变时，大脑的预测也会随之调整。例如，当眼睛因疲劳等原因逐渐缩短移动距离时，大脑对残像位置的预测也会同步缩短。这种现象被称为扫视适应，说明大脑的内部模型并非固定不变，而是能够根据实际运动不断进行修正。
不过，即使在这种适应过程中，那大约6%的低估误差依然存在。这一点引发了一个有趣的问题：为什么大脑不追求“完全准确”？一种解释是，这种偏差本身可能是有意义的。因为在自然情况下，人的眼动往往略微达不到目标位置，因此大脑的估计反映了这种生理现实。相比理论上的完美精确，与身体实际行为保持一致，可能更有利于整体感知的稳定。
那么，为什么残像会表现出“跟随眼睛移动”的效果？关键在于残像始终固定在视网膜上，而不是外部空间。当眼睛移动时，正常的物体会在视网膜上发生位移，大脑会自动“抵消”这种变化，从而让世界看起来静止。但残像不会随之移动，因此当大脑进行这种“抵消计算”时，就会误以为残像在外部空间中发生了移动。
换句话说，大脑会根据对眼动的预测，推断图像在视网膜上的变化。如果这种预测与实际视觉输入一致，物体就被认为是静止的；而当这种关系被打破时，比如残像这种特殊情况，大脑就会得出“它在移动”的结论。
这项研究不仅揭示了视觉稳定性的底层机制，也为理解更广泛的感知过程提供了线索。大脑如何将运动与感官结果联系起来，是许多领域的关键问题，包括虚拟现实、机器人技术以及一些与眼动相关的临床研究。
例如，在虚拟现实环境中，如果视觉画面与大脑对自身运动的预测不一致，就容易引发眩晕或不适。理解大脑这种约94%准确度的预测机制，或许有助于设计更自然、更舒适的视觉体验。
总体来看，这项研究展示了一个看似简单却极其复杂的事实：虽然我们的眼睛不断在移动，但大脑通过精密的预测机制，让我们始终看到一个稳定的世界。而那微小却持续存在的误差，也许正是这一系统能够高效运行的关键所在。
本文译自：neurosciencenews，（编译 / 整理：olaola）
封面图片：unsplash/Buse Doga Ay